ADSll10自校准模数转换器在称重中的应用

引言
    ADSlllO是精密的连续自校准A／D转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率。片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益，并且允许以高分辨率对较小的信号进行测量。

1 ADSll10芯片结构及工作原理
1．1 ADSll10芯片结构
    ADS1110由△-∑A／D转换器、可程控增益放大、2．048 V的电压基准、时钟振荡器和I2C总线接口组成，其结构如图1所示。
　

1．2 ADSll10工作原理
    ADSlllO模数转换器是由1个差分开关电容△-∑调节器和1个数字滤波器组成。调节器测量正模拟输入和负模拟输入的压差，并将其与基准电压相比较，数字滤波器从调节器接收高速位流，并输出一个代码。该代码是一个与输入电压成比例的数字，这个数字被限定在一定范围内，范围取决于代表输出码所需要的位数。在ADS1110中，基准电压为2．048 V，该基准通常用作A／D转换器的电压基准，不允许接外部基准。ADS1110只能采用内部电压基准，而且该基准不能直接测得，也不能被外部电路使用。

2 ADSl110在称重测量中的应用
    数字电子称是日常生活中广泛使用的一种称量工具，市场上使用的各式小量程电子称存在一定的局限性，这些电子称体积大、成本高、计量误差大。本文提出的电子称选用低功耗、超低价控制芯片STC89C51RC和16位△-∑A／D转换器ADSlllO，设计一种体积小、低成本、计量精度高、工作可靠的小量程电子称。
    ADSlllO与STC89C5lRC单片机组成的称重系统的硬件原理如图2所示。

    设计中选用单点式荷重传感器LC8020，其精度为O．03％，灵敏度(2．O±O．2)mV／V，额定量程5 kg，供桥电压5 V。当称重传感器满负载5 kg时，传感器输出电压变化(10±1)mV，此时要求加入ADSlllO的电压为1 024mV。设计配置8位ADSlllO寄存器如表1所列。

    位的含意取决于它是被写入还是被读出。在单周期转换方式中，写1到位则转换开始，写入O无影响；在连续方式中，ADSlllO忽略写入的值。在进行读操作时，表明输出寄存器中的数据是否为新数据。如果为O，则刚从输出寄存器中读出的数据是新数据；如果为1，则刚从输出寄存器读出的数据以前已经被读取过。保留位位6和位5置为O。SC位控制ADSlllO是以连续转换方式工作还是以单周期转换方式工作，置SC为1时，ADS1110以单周期转换方式工作。DR的位3和位2控制ADSlll0的数据速率，置DR的位3和位2为1表示ADSlll0的数据采样率为15 sps。PGA的位1和O控制ADSlllO的增益，置PGA位1和O为1、O表示ADSlllO的PGA增益为4。

3 软件设计
    按照硬件电路，采用汇编语言编程，在KeilA51 V8．50环境下调试通过，并成功应用在单片机称重系统中。软件按功能模块，主要由LCD显示控制、ADslllO模数转化、超负荷报警检测、采集数据处理、键盘中断等子程序构成。此处侧重介绍ADSlll0模数转换程序。程序代码如下：
；定义P3．O脚为时钟SCI，P3．1脚为数据SDA
SDA BIT P3．1 ；定义数据
SCL BIT P3．O ；定义时钟
；配置寄存器子程序
SEND：ACALL START；主机发送开始条件
  MOV A，#10010000B ；发送ADSlll0地址(末位为O表示写)
  ACALL S_BIT
  ACALL G_ASK
  JC STOP1 ；如果应答失败，结束通信
  MOV A，#l0011100B；工作在单周期模式
  ACALL S_BIT
  ACALL G_ASK
STOP1： ACALL STOP
  RET
；接收一次转换值(3字节)子程序
READ：ACALL START；主机发送开始条件
  MOV A，#10010001B；发送ADSlllO地址(末位为1表示读)
  ACALL S_BIT
  ACALL G_ASK
  JC STOP2 ；如果应答失败，结束通信
  ACALL READBYTE
  MOV R7，A ；高字节存在R7中
  CLR SDA ；发送应答脉冲
  NOP
  NOP
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  ACALL READBYTE
  MOV R6，A ；低字节存在R6中
  CLR SDA ；发送应答脉冲
  NOP
  NOP
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  ACALL READBYTE
  MOV R5，A ；配置寄存器数据存在R5中
  CLR SDA ；发送应答脉冲
  NOP
  NOP
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  CLR SCL
STOP2： ACALL STOP
  RET
；I2C开始子程序
START：SETB SDA
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  CLR SDA
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  NOP
  NOP
  RET
；I2C停止子程序
STOP：CLR SDA
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  SETB SDA
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  NOP
  NOP
  RET
；I2C检测应答子程序
G_ASK：SETB SDA
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  MOV C，SDA
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  RET
；接收1字节数据子程序
READBYTE：SETB SDA ；释放总线
  MOV 7FH，#8H
READ_LOOP：SETB SCL；读取数据
  NOP
  NOP
  MOV C，SDA
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  RLC A
  DJNZ 7FH，READ LOOP
  RET
；发送1字节数据子程序
S_BIT：CLR C
  CLR SCL
  MOV 7FH，#8H
SEND_LOOP1：RLC A
  MOV SDA，C
  SETB SCL
  NOP
  NOP
  CLR SCL
  NOP
  DJNZ 7FH，SEND LOOP1
  RET

4 实验结果
    根据上述设计方案制作了实验电路，各电路模块所需的电源由电源模块提供。电源模块以7805为核心，为电路提供5 V稳压电源。
    测试条件：称重传感器型号LC80320，额定载荷5kg，传感器信号线长O．2 m，测试载物台面尺寸φ100 mm，测试环境温度27．8℃。测试结果如表2所列。

结语
    将ADSlllO应用于小量程电子称，能充分发挥其性能特点，降低硬件成本。实验证明，该电子称在日常条件下工作可靠，具有精度高、体积小、读数直观等优点。经验证实现秤重测量范围O～5kg，最小分辨1 g。可以很好地适应日常生活需要，在民用市场上有着良好的应用前景。